DE102004046895A1 - Spark plug for internal combustion engine has tubular insulator inside housing which screws into cylinder head, and has central electrode with resistor to limit current flowing across spark gap - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze zur Verbindung mit einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher genannten Art.The Invention is based on a spark plug for Connection with a cylinder head of an internal combustion engine that specified in the preamble of claim 1 kind.
Eine
Zündkerze
der vorstehend beschriebenen Art ist beispielsweise aus der
Die bei Zündkerzen üblicherweise verwendeten Keramiken zeigen bei einer Temperaturerhöhung von Raumtemperatur auf 200 °C eine Wärmedehnung von ca. 1,2 μm/mm, wohingegen Stahl bei einer derartigen Temperaturerhöhung eine Wärmedehnung von 2,2 μm/mm zeigt. Aufgrund der deutlich unterschiedlichen Wärmedehnung von Keramik und Stahl dehnt sich das Gehäuse bei einer Erwärmung der Zündkerze stärker aus als der Isolator, so dass der Isolator bei hohen Temperaturen nicht mehr fest im Gehäuse eingespannt ist. Hierdurch kann sich der Isolator im Bereich eines Dichtelements lockern, so dass sich die Abdichtung der Zündkerze verschlechtert.The in spark plugs usually used ceramics show at a temperature increase of Room temperature to 200 ° C a thermal expansion of about 1.2 μm / mm, whereas steel will do so at such a temperature increase thermal expansion of 2.2 μm / mm shows. Due to the significantly different thermal expansion of ceramic and steel the case expands at a warming of spark plug stronger off as the insulator, leaving the insulator at high temperatures no longer fixed in the housing is clamped. As a result, the insulator in the range of Loosen the sealing element, so that the sealing of the spark plug deteriorated.
Um die Funktion einer Zündkerze zu gewährleisten, dürfen jedoch keine Motorgase zwischen dem Zündkerzengehäuse und einem Keramikisolator der Zündkerze entweichen, um beispiels weise Kompressionsverluste zu vermeiden. Der Keramikisolator muss derart dicht in das Zündkerzengehäuse montiert werden, dass eine Gasdichtheit auch bei den im Betrieb auftretenden Drücken und den erhöhten Temperaturen gewährleistet ist.Around the function of a spark plug to ensure, allowed to however, no engine gases between the spark plug housing and a ceramic insulator of spark plug escape, for example, to avoid compression losses. The ceramic insulator must be mounted so tightly in the spark plug housing that a Gas tightness even with the pressures and operating pressures the elevated temperatures guaranteed is.
Zu diesem Zweck ist es beispielsweise bekannt, im Rahmen einer sogenannten Warmmontage nach Einbringen des Keramikisolators am Zündkerzengehäuse einen Schrumpfbereich mit einem verjüngten Querschnitt, einem so genannten Einstich oder Schrumpfeinstich, durch elektrischen Strom auf z. B. 950 °C zu erwärmen. Während der Erwärmung werden in diesem Bereich Druckkräfte auf das Zündkerzengehäuse ausgeübt und das Zündkerzengehäuse auf den Keramikisolator gedrückt. Nach dem Abschalten des Stromes kühlt das Gehäuse ab und schrumpft auf den Isolator. Dabei entsteht eine gasdichte Verbindung des Gehäuses mit dem Isolator, die durch die axiale Verspannung der beiden Teile erreicht wird.To For this purpose, it is known, for example, in the context of a so-called Hot assembly after inserting the ceramic insulator on the spark plug housing one Shrinkage area with a tapered Cross section, a so-called puncture or shrinkage puncture, by electric current on z. B. 950 ° C to heat. During the warming will be in this area compressive forces exerted on the spark plug housing and the Spark plug housing on pressed the ceramic insulator. After switching off the power, the housing cools down and shrinks to Insulator. This creates a gas-tight connection of the housing with the insulator caused by the axial tension of the two parts is reached.
Es ist weiterhin bekannt, das Zündkerzengehäuse zum Schutz vor Korrosion zusätzlich mit einer Gehäusebeschichtung aus Ni bzw. Ni-Legierungen zu versehen. Diese Ni-Beschichtungen sind auch bei den bei der Warmmontage aufgebrachten Temperaturen von z. B. 950 °C noch stabil, zeigen jedoch hinsichtlich Rotrostbildung keinen optimalen Korrosionsschutz.It is still known, the spark plug housing for Protection against corrosion in addition with a housing coating made of Ni or Ni alloys. These Ni coatings are also in the applied during hot assembly temperatures from Z. B. 950 ° C still stable, but show no optimal with respect to red rust formation Corrosion protection.
Eine Gehäusebeschichtung aus Zn bzw. Zn-Legierungen bietet zwar einen wesentlich besseren Korrosionsschutz bzgl. Rotrost, verbrennt jedoch bei einem Warmschrumpfen im Bereich eines Schrumpfeinstichs, wodurch die Korrosionsbeständigkeit in diesem Bereich nicht gewährleistet ist. Eine Gehäusebeschichtung aus Zn bzw. Zn-Legierungen ist somit für die Warmmontage nicht geeignet.A Shell Plating from Zn or Zn alloys offers a much better Corrosion protection with respect to red rust, but burns in a heat shrinkage in the area of a shrinkage penetration, whereby the corrosion resistance not guaranteed in this area is. A case coating made of Zn or Zn alloys is therefore not suitable for hot mounting.
Die
Sowohl bei der letztgenannten Kaltmontage als auch bei der zuvor genannten Warmmontage wird durch die für den Prozess erforderliche Querschnittsverengung bzw. den Einstich eine Spannungskonzentration verursacht, die in diesem Bereich eine Spannungsrisskorrosion hervor rufen kann. Zudem wird die Gehäusesteifigkeit durch die Querschnittsverengung ungünstig beeinflusst.Either in the latter cold assembly as well as in the aforementioned Hot assembly is by the for the process required cross-sectional constriction or puncture causes a stress concentration, which in this area is a stress corrosion cracking can call out. In addition, the housing stiffness is due to the cross-sectional constriction unfavorable affected.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, womit der Einsatz von korrosionsbeständigen Gehäusebeschichtungen wie beispielsweise Zn bzw. Zn-Legierungen möglich ist, die Spannungskonzentration im Gehäuse reduziert und eine Anpassung der Gehäusesteifigkeit für verschiedene, insbesondere große Einspannlängen möglich ist.It is therefore an object of the present invention, a spark plug and to provide a method for their production, with which the use of corrosion resistant housing coatings such as Zn or Zn alloys is possible, the stress concentration in the case reduced and an adaptation of the housing stiffness for various especially big clamping lengths is possible.
Vorteile der ErfindungAdvantages of invention
Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Zündkerze zur Verbindung mit einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, wobei ein Isolator in einem Gehäuse angeordnet ist und das Gehäuse im montierten Zustand zwischen einem ersten querschnittsverengenden Abschnitt in dessen zylinderkopfabgewandtem Bereich und einem zweiten querschnittsverengenden Abschnitt in dessen zylinderkopfzugewandtem Bereich eine in Längsrichtung der Zündkerze gerichtete Kraft auf zugeordnete Absätze des Isolators zur Bewirkung einer gasdichten Dichtung zwischen dem Isolator und dem Gehäuse ausübt, und wobei an dem Gehäuse ein Werkzeugansatz und ein zur Verbindung mit dem Zylinderkopf ausgelegtes Außengewinde ausgebildet sind, in vorteilhafter Weise derart, dass das Gehäuse wenigstens im Bereich zwischen dem Werkzeugansatz und dem Außengewinde mittels Wärmebehandlung längenreduziert ist und in diesem Bereich eine einstichfreie Außenkontur aufweist.This object is achieved with a spark plug for connection to a cylinder head of an internal combustion engine, wherein an insulator is arranged in a housing and the housing in the assembled state between a first cross-sectional narrowing portion in the cylinder head region facing away from it and a second cross-sectional narrowing portion in the cylinder head Wandtem area directed in the longitudinal direction of the spark plug force on associated paragraphs of the insulator to effect a gas-tight seal between the insulator and the housing, and wherein on the housing a tool attachment and designed for connection to the cylinder head external thread are formed, in such an advantageous manner in that the housing is reduced in length, at least in the region between the tool attachment and the external thread, by means of heat treatment and in this region has a puncture-free outer contour.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Zündkerze, bei der die Gehäuseaußenseite ohne eine Einschnürung bzw. einen Einstich ausgeführt ist, wird die Ausbildung einer Spannungskonzentration in einem Querschnittsbereich des Gehäuses vermieden, womit das Gehäuse, dessen Außenkontur fließpresstechnisch hergestellt werden kann, aufgrund der geringen Spannung über den Querschnitt vorteilhafterweise nicht anfällig für eine Spannungsrisskorrosion ist.With the inventive design of a Spark plug, when the outside of the case without a constriction or a puncture executed is the formation of a stress concentration in a cross-sectional area of the housing avoided, whereby the housing, its outer contour Extruded technically can be made, due to the low voltage over the Cross section advantageously not susceptible to stress corrosion cracking is.
Unter einem „Einstich" ist dabei eine von herkömmlichen Gehäusen bekannte, radial an der Außenkontur umlaufende Querschnittsverengung zu verstehen, welche rillenartig oder kerbenartig z. B. durch Drehen ausgebildet sein kann. Ein solcher Einstich hat in der Regel eine Tiefe, welche wenigstens 25% der Wandstärke des Gehäuses beträgt, und eine Breite, die zumindest an der Außenkontur wenigstens der Tiefe des Einstichs entspricht.Under a "puncture" is one of usual housings known, radially on the outer contour To understand circumferential cross-sectional constriction, which groove-like or crenellated z. B. may be formed by turning. Such a Penetration usually has a depth which is at least 25% of Wall thickness of the housing is, and a width, at least on the outer contour of at least the depth of the puncture corresponds.
Die Steifigkeit des Gehäuses kann bei einer Zündkerze gemäß der Erfindung über den Gehäusequerschnitt gezielt eingestellt werden, womit verschiedene, insbesondere große Einspannlängen realisierbar sind.The Stiffness of the housing can with a spark plug according to the invention over the Housing cross-section be set specifically, which different, especially large clamping lengths feasible are.
Dadurch, dass die von dem Gehäuse auf den Isolator in Längsrichtung der Zündkerze gerichtete Kraft durch eine Längenreduzierung des Gehäuses aufgebracht wird, ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass die für die Abdichtung notwendige Kraft nicht von außen aufgebracht und aufrecht erhalten werden muss, sondern vielmehr vom Gehäuse selbst ausgeübt wird.Thereby, that from the case on the insulator in the longitudinal direction the spark plug directed force by a length reduction of the housing applied is, advantageously, ensures that the sealing necessary force not from the outside must be applied and maintained, but rather from the case even exercised becomes.
Hinsichtlich der Fertigung bietet die einstichfreie Gestaltung des Gehäuses den Vorteil, dass eine Nachbearbeitung nach einem hier geeigneten Fließpressverfahren entfallen kann.Regarding the production offers the unichlorite design of the housing Advantage that a post-processing according to a suitable extrusion molding process can be omitted.
Des Weiteren erlaubt die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Zündkerze mit einem Verzicht auf einen Einstich eine verlängerte Gestaltung des Werkzeugansatzes wie z. B. eines Sechskants an dem Gehäuse, so dass die Montage erleichtert ist und bei einem Ein- bzw. Ausschrauben der Zündkerze die Gefahr eines Verkantens eines Montagewerkzeugs deutlich reduziert ist.Of Further allows the inventive design of a spark plug with a waiver of a puncture an extended design of the tool attachment such as B. a hexagon on the housing, so that the assembly easier is and when screwing in or unscrewing the spark plug the risk of tilting a mounting tool is significantly reduced.
In einer einfachen Ausgestaltung kann die Dichtung zwischen dem Gehäuse und dem Isolator als Kontakt einer Dichtfläche des Isolators mit einer Dichtfläche des Gehäuses ausgebildet sein, wobei die Dichtflächen vorzugsweise an den querschnittsverengenden Abschnitten des Gehäuses und an den hiermit korrespondierenden Absätzen des Isolators ausgebildet sind. Zusätzliche Dichtflächen sind nicht zwingend erforderlich, können jedoch zusätzlich vorgesehen sein.In a simple embodiment, the seal between the housing and the insulator as contact of a sealing surface of the insulator with a sealing surface of the housing be formed, wherein the sealing surfaces preferably at the cross-sectional narrowing Sections of the housing and formed at the corresponding paragraphs of the insulator are. additional sealing surfaces are not mandatory, but may be additional be.
Alternativ kann die Dichtung zwischen dem Gehäuse und dem Isolator mit einem Dichtelement zwischen einer Dichtfläche des Isolators und einer Dichtfläche des Gehäuses ausgebildet sein, wobei das Dichtelement insbesondere als ein metallischer Ring ausgebildet sein kann.alternative The seal between the housing and the insulator with a Sealing element between a sealing surface of the insulator and a sealing surface of the housing be formed, wherein the sealing element in particular as a metallic ring can be trained.
Je nach gewählter Dichtung und deren Anordnung kann es vorteilhaft sein, wenn das Gehäuse auf den Isolator zusätzlich eine radial nach innen gerichtete Kraft derart ausübt, dass die Dichtfläche des Isolators auf die Dichtfläche des Gehäuses oder auf das Dichtelement drückt und so der Isolator im Gehäuse gasdicht abgedichtet ist. Diese vom Gehäuse auf den Isolator radial nach innen gerichtete Kraft kann beispielsweise durch eine Umfangsreduzierung des Gehäuses aufgebracht sein.ever after chosen Seal and its arrangement, it may be advantageous if the Housing on the insulator in addition a radially inwardly directed force exerts such that the sealing surface of the insulator on the sealing surface of the housing or presses on the sealing element and so the insulator in the housing is sealed gas-tight. This from the housing to the insulator radially to inwardly directed force, for example, by a reduction in the circumference of the housing be upset.
In besonders vorteilhafter Weise kann die Länge und/oder der Umfang des Gehäuses in gewünschter Weise reduziert werden, wenn die Wärmebehandlung eine thermische Schrumpfung ist. Dabei wird das Gehäuse der Zündkerze bzw. ein Teilbereich desselben erwärmt und durch anschließendes Abkühlen auf den Isolator „aufgeschrumpft".In Particularly advantageously, the length and / or the circumference of housing in the desired Be reduced if the heat treatment is a thermal Shrinkage is. In this case, the housing of the spark plug or a portion the same heated and by subsequent cooling down "Shrunk" on the insulator.
Um im abgekühlten Zustand die Dichtwirkung noch zusätzlich zu unterstützen, kann ein Mittel vorgesehen sein, das auf den Isolator eine zusätzliche in Längsrichtung der Zündkerze gerichtete Kraft ausübt. Dabei kann das Mittel eine Zylinderfeder, eine Tellerfeder, eine Biegefeder oder dergleichen Federelement sein. Alternativ kann das Mittel auch ein Ausgleichselement sein, das einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Gehäuse aufweist, und das bei einer Temperaturerhöhung auf den Isolator eine zusätzliche in Längsrichtung der Zündkerze gerichtete Kraft ausübt.Around in the cooled State, the sealing effect in addition to support, can a means may be provided which provides an additional to the insulator longitudinal the spark plug directed force. In this case, the means a cylinder spring, a plate spring, a Be bent spring or the like spring element. Alternatively, the Means also be a compensation element that has a higher coefficient of thermal expansion as the case has, and that at a temperature increase on the insulator a additional longitudinal the spark plug directed force.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann dieses Mittel in Richtung der Längsachse der Zündkerze zwischen einem querschnittsverengenden Abschnitt des Gehäuses und dem zugeordneten Absatz des Isolators angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann zwischen dem Mittel und dem querschnittsverengenden Abschnitt des Gehäuses und/oder zwischen dem Mittel und dem Absatz des Isolators mindestens ein Ringelement vorgesehen sein.According to an advantageous embodiment, this means may be arranged in the direction of the longitudinal axis of the spark plug between a cross-section narrowing portion of the housing and the associated shoulder of the insulator. Additionally or alternatively, between the means and the cross-sectional narrowing portion of the housing and / or between the middle and the heel of the insulator at least one ring element may be provided.
Der querschnittsverengende Abschnitt des Gehäuses in dessen zylinderkopfabgewandtem Bereich kann bei einer einfachen Ausführung ein Bördelrand sein, der am oberen Gehäuserand ausgebildet ist.Of the cross-section narrowing portion of the housing in the cylinder head facing away In a simple embodiment, the area can be a beading edge, that at the top housing edge is trained.
Ein mit einem querschnittsverengenden Abschnitt des Gehäuses zusammenwirkender Absatz des Isolators kann je nach Anwendungsfall als eine stufenförmige Querschnittsänderung oder auch als eine konische Querschnittsänderung ausgebildet sein.One cooperating with a cross-section narrowing portion of the housing Paragraph of the insulator can, depending on the application as a step-shaped cross-sectional change or be formed as a conical cross-sectional change.
Um das Gehäuse gegen Korrosion zu schützen, weist dieses bei einer vorteilhaften Ausführung eine korrosionsbeständige Beschichtung auf, die vorzugsweise Zn oder eine Zn-Legierung umfasst.Around the housing to protect against corrosion, this has an advantageous embodiment, a corrosion-resistant coating which preferably comprises Zn or a Zn alloy.
Zur
Herstellung einer Zündkerze,
insbesondere einer Zündkerze
nach der Erfindung, ist erfindungsgemäß ein Verfahren vorgesehen,
das folgende Schritte aufweist:
Einführen eines Isolators in ein
Gehäuse,
an dem ein Werkzeugansatz und ein zur Verbindung mit dem Zylinderkopf
ausgelegtes Außengewinde
ausgebildet sind, bis zur Anlage an einem querschnittsverengenden
Abschnitt in einem zylinderkopfzugewandten Bereich des Gehäuses; Erwärmen zumindest
eines den Isolator umgebenden Teilbereichs des Gehäuses auf eine
Temperatur von ca. 300 °C
bis ca. 450 °C;
Ausbilden
eines weiteren querschnittsverengenden Abschnitts in einem zylinderkopfabgewandten
Bereich des Gehäuses
zur axialen Fixierung des Isolators;
Abkühlen des Gehäuses derart,
dass der Isolator durch Schrumpfung des Gehäuses gasdicht in diesem angeordnet
ist.For the production of a spark plug, in particular a spark plug according to the invention, a method according to the invention is provided which has the following steps:
Inserting an insulator into a housing, on which a tool attachment and an external thread designed for connection to the cylinder head are formed, until it abuts a cross-section narrowing section in a region of the housing facing the cylinder head; Heating at least one portion of the housing surrounding the insulator to a temperature of about 300 ° C to about 450 ° C;
Forming a further cross-sectional narrowing portion in a cylinder head remote from the housing for axially fixing the insulator;
Cooling of the housing such that the insulator is arranged gas-tight in this by shrinkage of the housing.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine Art "Halbwarmmontage" dar, welches mit höheren Temperaturen als eine übliche Kaltmontage und niedrigeren Temperaturen als eine übliche Warmmontage arbeitet.The inventive method represents a kind of "half warm assembly", which with higher temperatures as a usual Cold mounting and lower temperatures than a conventional hot mounting is working.
Es hat sich gezeigt, dass hiermit ein Einstich, welcher bei einer Warmmontage bzw. einem Warmschrumpfen benötigt wird, um gezielt im engsten Gehäusequerschnitt bei elektrischer Bestromung eine Erwärmung zu erhalten, und welcher bei einer Kaltmontage für das elastische Vorspannen bzw. Kaltstauchen des Gehäuses erforderlich ist, entfallen kann, womit sich unter anderem der Vorteil einer geringeren Spannungskonzentration im Gehäuse ergibt.It It has been shown that this is a puncture, which in a hot assembly or a heat shrinkage required is targeted to the narrowest housing cross-section to get warming with electric current, and which in a cold assembly for the elastic pretensioning or cold heading of the housing required is, can be omitted, which, among other things, the advantage of a results in lower stress concentration in the housing.
Des Weiteren können bei einer erfindungsgemäßen "Halbwarmmontage", bei der das Gehäuse auf Temperaturen zwischen etwa 300 °C und etwa 450 °C erwärmt wird, korrosionsbeständige Beschichtungen wie Zn bzw. eine Zn-Legierung, wie z. B. ZnNi, auf das Gehäuse aufgebracht werden. Insbesondere Zn umfassende Beschichtungen, welche bezüglich Rotrost besonders vorteilhaft sind, würden bei höheren Temperaturen verbrennen, so dass eine hiermit erzielbare Korrosionsbeständigkeit nur bei einer "Halbwarmmontage" gemäß der Erfindung gewährleistet ist.Of Further can in an inventive "semi-warm", in which the housing on Temperatures between about 300 ° C and about 450 ° C heated is, corrosion resistant Coatings such as Zn or a Zn alloy, such. ZnNi on the housing be applied. In particular Zn comprehensive coatings, which with respect to red rust are particularly advantageous would be at higher Burning temperatures, so that hereby achievable corrosion resistance only in a "warm-up" according to the invention guaranteed is.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes gemäß der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further Advantages and advantageous embodiments of the article according to the invention are the description, the drawings and the claims removed.
Zeichnungdrawing
Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Zündkerze sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenTwo embodiments a spark plug according to the invention are shown in the drawing and will be in the following Description closer explained. Show it
Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments
Die
Die
Zündkerze
Im
Inneren des Gehäuses
Zwischen
der Mittelelektrode
Der
Isolator
Hierzu
ist das Gehäuse
Der
querschnittsverengende Abschnitt
Bei
der Ausführung
nach
Zusätzlich kann
die Kraft F auch radial nach innen gerichtet sein, um die Dichtfläche
Die
Kraft F wird durch die Längenreduzierung
des Gehäuses
Zur
Herstellung der Zündkerze
Ein
vorliegend den Bereich des Werkzeugansatzes
Der
obere, dem Außengewinde
Nach
Abschalten der Heizung kühlt
das Gehäuse
Alternativ
kann bei dem Herstellungsverfahren auch der Teilbereich A des Gehäuses
Bezug
nehmend auf
Zur
Abdichtung des Isolators
Weiterhin
ist ein ringförmiges,
den Isolator
Zwischen
dem als Bördelrand
ausgebildeten querschnittsverengenden Abschnitt
Weiterhin
ist zwischen dem Federelement
Das
Federelement
In
einer alternativen Ausführungsform
des Ausführungsbeispiels
gemäß
Bei
den beschriebenen Ausführungsbeispielen
kann das Federelement
Claims (16)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20110810 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20130403 |